原标题:充满氮气的中空光纤使得激光的光谱可调制到红外波长的范围

江苏激光联盟导读:来自加拿大的研究人员,报道了一种新的可以调制激光光谱到红外的波长范围的新技术,使用充满氮气的中空光纤来传输比输入的激光脉冲要短的光学脉冲,可以实现高的空间质量的传输。而现有的超快激光技术,要么不能,要么不态容易在红外波长范围内实现调制,需要非线性的工艺、阶段和/或部件来转移发射的波长。

来自位于加拿大魁北克大学:国立科学研究院(Institut national de la recherche scientifique,INRS)的研究人员在近日为大家展示了一种新的可以调制激光光谱到红外的波长范围的新技术。同国际合作者共同攻关, Luca Razzari 领导的项目攻关小组使用充满氮气的中空光纤来传输比输入的激光脉冲要短的光学脉冲,可以实现高的空间质量的传输。

现有的超快激光技术,要么不能,要么不态容易在红外波长范围内实现调制,需要非线性的工艺、阶段和/或部件来转移发射的波长。

充满氮气的中空光纤使得激光的光谱可调制到红外波长的范围

实验所用的装置及其主要的研究结果

通常来说,中空的光纤包含单原子气体 ,例如氩气,来对称的拓宽激光的光谱和重新将其压缩成压缩的光学脉冲。研究人员的结果展示,尽管充满氮气的毛细管光纤可以具有实现拓宽激光光谱的能力,在这种情况下的光谱的转移仍然 在红外波长范围内活力不足。其原因在于气孔分子的旋转所造成的非线性反应。这意味着科学家可以非常容易的在光纤中控制气体的压力。

充满氮气的中空光纤使得激光的光谱可调制到红外波长的范围

激光光学脉冲(红色)从左边进入充满氮气(红色分子)的中空光纤,沿着传播,经历一个光谱拓宽实现更长的波长(橘黄色)

图解:这一非线性的现象是拉曼光谱的效应所造成的,在这一过程中伴随着气体分子在激光场中的旋转,这一过程在底部的平板中进行了示意。当光束加宽后(进入到红外波长),研究人员过滤输出的光谱来保留所需要的光谱。在这一过程中能量转换成近红外的波长范围内,其效率同在一个脉冲中的光学参量数放大器(optical parametric amplifier (OPA))所取得的效率的输入激光的三倍还要短。

光学参量数放大器(optical parametric amplifier (OPA))是一个比较成熟的工具,可以非常容易地移动到红外窗口,并且光学参量数放大器(optical parametric amplifier (OPA))系统可以额外地拓宽可以调制地范围。光学参量数放大器(optical parametric amplifier (OPA))系统比较复杂,但经常由多功能和特征明显地阶段所组成。

充满氮气的中空光纤使得激光的光谱可调制到红外波长的范围

在极端拉曼光谱红色偏移背后地物理现象

这一新的办法既不需要外部装置也不需要额外的脉冲后压缩系统来实现相应地功能。

相似的研究,曾经使用一个工艺来通过镜子压缩中空的光纤,从而保留调节宽带脉冲的相,从而代替光谱的过滤工艺。通过在系统中红外的消减造成的偏移和并没有如同加拿大的研究结果一样极端,其得到的脉冲非常短。新的激光脉冲的强度可以使得它比较适宜阿秒和强场物理领域中的应用。

在发现了他们的这一现象的相似性之后,这两个研究小组汇集了他们的专业知识 。第三个研究小组,在 Aleksei Zheltikov 的领导下,在莫斯科,发展了一个理论模型,旨在解释这一结果。

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光谱的拓宽,光谱的光纤输出

这三个研究团队相信,新的办法可以帮助实现满足长波长超短脉冲光源在激光和强场领域的应用。强场物理领域的应用,包括激光为基础的应用、 高次谐波产生、光电光谱学、等离子物理以及微加工等。研究团队识别了建立在Yb为基础的激光技术以及其他领域应用的工业级别的可调制系统。

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在HCF之后在内孔直径不同时的脉冲压缩结果

充满氮气的中空光纤使得激光的光谱可调制到红外波长的范围

光谱在过滤外部叶后的瞬时时间表征

这一研究成果发表在期刊《Optica》上。

文章来源:Extreme Raman red shift: ultrafast multimode nonlinear space-time dynamics, pulse compression, and broadly tunable frequency conversion ,Optica Vol. 7, Issue 10, pp. 1349-1354 (2020) ?https://doi.org/10.1364/OPTICA.397685